编写一个简单的TCP服务端和客户端

admin

实验环境是linux系统，效果如下：

1.启动服务端程序，监听在6666端口上

2.启动客户端，与服务端建立TCP连接

3.建立完TCP连接，在客户端上向服务端发送消息

4.断开连接

实现的功能很简单，但是对于初来乍到的我费了不少劲，因此在此总结一下，如有错点请各位大神指点指点

什么是SOCKET（插口）：

     这里不用 "套接字" 而是用 "插口" 是因为在《TCP/IP协议卷二》中，翻译时也是用 "插口" 来表示socket的。
( u' k* }. q. ^) {! Z8 Y8 ?( i

     "套接字" 这词不知道又是哪个教授级人物造出来的，听起来总是很怪，虽然可以避免语义上的歧义，但不明显。

      对插口通俗的理解就是：它是一个可以用来输入或者输出的网络端，另一端也具有同样相对应的操作。

      具体其他高级的定义不是这里的重点。值得说的是：

      每个插口都可以标识某个程序通信的一端，通过系统调用使得程序与网络设备之间的交流连接起来。

      应用程序 -> 系统调用 -> 插口层 -> 协议层 -> 接口层  ->发送（接收的话与之相反）

# _& o0 D2 B7 Q+ o/ k% p

如何标识一个SOCKET：

       如上定义所述，可以通过地址，协议，端口三要素来确定一个通信端，而在linux C程序中使用 标识符 来标识一个

       SOCKET，Unix系统对设备的读写操作等同于对描述符的读写操作，标识符可以用于：插口 管道 目录 设备 文件等等
4 v3 s: y7 V8 {* u

       描述符是个正整数，事实上他是检查表表项中的一个下标，用于指向打开文件表的结构。

       述符前三个标识符0  1  2 分别系统保留：标准输入（键盘），标准输出（屏幕），标准错误输出

       当我们使用新的描述符来创建socket时，他一般从最小未使用的数字开始分配，也就是3

0 J, f4 a* d, T; n/ z+ f

服务端实现的流程：

       1.服务端开启一个SOCKET（socket函数）

       2.使用SOCKET绑定一个端口号（bind函数）

       3.在这个端口号上开启监听功能（listen函数）

       4.当有对端发送连接请求，向其发送ack+syn建立连接（accept函数）

       5.接收或者回复消息（read函数 write函数）

' I* ^. H* h  V+ o8 D8 e

客户端实现流程：

      1.打开一个SOCKET

      2.向指定的IP 和端口号发起连接（connect函数）

      3.接收或者发送消息（send函数  recv函数）

3 w" J7 X8 U, {/ |8 ?4 R) o
8 f& S, _: E/ V4 @7 Q% q

如何并发处理：

      如果按照以上流程实现其实并不难，但是有个缺陷，因为C语言是按顺序单一流程运行，也就是说如果

      直接在程序当中使用accept函数（建立连接）的话，那么程序会阻塞在accept这里，这是因为如果客户端

      一直没有发送connect连接，那么accept就无法得知客户端的IP和端口，也就只能一直等待（阻塞）直到

      有请求触发继续执行为止，这样就导致如果同时多个客户向服务端发送请求连接，那么服务端只能按照

      单一线程去处理第一个客户端，无法开启多个线程同时处理多个用户的请求。

& o, R1 P2 j0 C

如何解决：

下面摘文截取网上的资料，有兴趣者可以看看

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型，该函数用于在非阻塞中，当一个套接字或一组套接字有信号时通知你

1. int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, exceptfds, const struct timeval* timeout);

复制代码

所在的头文件为：

1. #include <sys/time.h>
   : k8 y# ]* S+ u) C" h9 Y% x
2. 
   6 n* r8 P6 b# Z- C! ?* U
3. #include <unistd.h>

复制代码

  功能：测试指定的fd是否可读，可写 或者 是否有异常条件待处理

8 a* d) ]/ O% q3 J4 `4 e    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

0 Z, u# a6 ]; H$ \, k) ?    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

0 D; ^- h% E5 X# G    exceptset用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注：不包括错误)

    timeout  用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。
( b$ u# @4 b1 P6 Z/ ]9 B- p) Z& Y
( ^" }# z& w" z+ D    对于select函数的功能简单的说就是对文件fd做一个测试。测试结果有三种可能：

1. 1.timeout=NULL                 （阻塞：select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件）
   $ i9 s( L/ d* w  t% u4 M& g% p
2. 
   
3.     2.timeout所指向的结构设为非零时间  （等待固定时间：如果在指定的时间段里有事件发生或者时间耗尽，函数均返回）
   
4. 
     s3 P% J2 N0 O+ @4 s% ]0 m
5.     3.timeout所指向的结构，时间设为0   （非阻塞：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生）

复制代码

   返回值：

    返回对应位仍然为1的fd的总数。注意啦：只有那些可读，可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。

    否则为0哦。举个例子，比如recv(), 在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞,如果数据一直不来,

   你的线程就要阻塞很久.这样显然不好。所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 。

   现在,UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE，它是数据类型fd_set的描述字数量，

   其值通常是1024，这样就能表示<1024的fd。

   

fd_set结构体：

     文件描述符集合，用于存放多个fd（文件描述符，这里就是套接字）

       可以存放服务端的fd，有客户端的fd。下面是对这个文件描述符集合的操作：

1. FD_ZERO(*fds)：     将fds设为空集
   . i. H  P4 K8 Y. u9 o+ N
2.    
   9 h( `! `2 g: W# N$ Y) K# Z
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   8 g% j4 q2 v9 v" V
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   9 o) K% r% V) A& J3 V7 M- q
7. FD_ISSET(fd,*fds)： 判断fd是否属于fds的集合

复制代码

步骤如下

1. socket s;
     r$ ^# d. P. W1 R* W+ _2 {
2. .....
   ! D; t5 n8 V, ?' C6 |
3. fd_set set;
   : A" j+ v- _' I3 T
4. while(1){
   ; i& v/ l) V- N' y* V6 E9 C3 _6 B1 L
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   : J( T4 G2 \+ w) x
6. FD_SET(s, &set);                 //加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s
   # ?# u1 x! C( N; ^
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   1 A/ b7 V% f+ a( c$ e
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   ' t  _! @/ `" }( V
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   % N& G) j+ ]! d+ v7 |% X. H- s, e5 \. g
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    
12. }
    
13. //do something here
    ! _& }. N2 @, w8 ?, c
14. }

复制代码

假设fd_set长度为1字节，fd_set中的每一位可以对应一个文件描述符，那么1字节最大可以对应8个fd

1. (1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);  则set用位为0000,0000。
   
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   * R% I: ~. J5 n/ a9 q  B8 F2 z6 Y- ]
4. 
   - z8 l# @, _, [$ s! f5 E5 y
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   / V  I1 A, J/ x/ h- i2 \& j
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   2 q( I) ~" }/ k' ^
9.    （5）若fd=1,fd=2                    上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

复制代码

1.可监控描述符的个数取决与sizeof(fd_set)的值

2.文件描述符的上限可以修改

3.将fd加入select监控集时，还需要一个array数组保存所有值

   因为每次select扫描之后，有信号的fd在集合中应被保留，但select将集合清空

   因此array数组可以将活跃的fd存放起来，方便下次加入fd集合中

   对集合fe_set与array进行遍历存储，即所有fd都重新加入fd_set集合中

   另外活跃状态在array中的值是1，非活跃状态的值是0

4.具体过程看代码会好理解

- B" [6 j. i/ V

使用select函数的过程一般是：

    先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零，然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set，

    接着调用函数select测试fd_set中的所有fd，最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后，相应位是否仍然为1

     复制粘贴的摘文排版起来真的是痛苦，我已经尽力排版了。。。
- I0 l! J! ?' R0 O2 y, K2 c

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   % i) t" {% c2 [1 O3 P" q. N
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   1 P& R! a1 [) \) C
8. #include <fcntl.h>
   ) a# w5 v6 M2 T' q- P
9. #include <sys/stat.h>
   
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    " O! k* V9 h) q3 s& P0 J! _
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    4 h1 m# l1 c5 r) V. `
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    
15. 
    
16. int main(){
    . i8 {) T, @1 z! X5 v0 r) H/ q
17.   int sockfd;
    / P( @! ]( y6 D; r# n& u
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    ! W9 a3 q4 Y4 D* y, ?
21.   //创建套接字
    - u, P3 o# j  x* U! G- x
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    & P; l# G' g( M* t9 I  E
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    ) _+ U/ h* K+ s& t4 g
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    / I& r( E  ?  |
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    ! I6 m9 b. b1 f# p
31.   
    . b+ d$ G2 u3 v' }: E+ [4 _2 s9 T: G7 e
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    ; s4 |+ K1 d) o4 n, a
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    
36.   //接收服务器返回的消息（注意这里程序会被阻塞，也就是说只有服务器回复信息，才会继续往下执行）
    ' j' o# w4 D1 R, v$ j( p
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    " a) v$ @$ }; ]9 T# I. c* N2 w
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    
40.   while(1){
    
41.     //将键盘输入的消息发送给服务器，并且从服务器中取得回复消息
    9 G: f& a/ V/ U- n& t
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    6 ~3 Z* f, a8 [+ w+ @  u$ c+ l
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    - S% }$ ~( ?( F  Z
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    : c( v; ~" P$ x
50.    
    7 f8 W  ]$ B' @( ^
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   3 }) }5 L2 a! n( P, _8 K
2. #include <stdio.h>
   5 q4 U' _* F3 z
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   9 q  W" A: f" q1 w
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   # U4 v8 w9 ~' P* [& n
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    5 G7 [1 P9 H" Q+ U" C! _" m* F
16.   struct sockaddr_in addr;
    $ p& a3 V4 C1 B1 F+ @  `( Y
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    ; X$ O& j9 S; h, ]& m
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
      R5 K4 f2 K1 b+ I
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    7 v3 z: W" E! g
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    ; U& x* O; Q% U. ^: g. W% |
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    
31.   addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //INADDR_ANY表示任意地址0.0.0.0 0.0.0.0
    
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    4 w" u- e, b7 |. G. s8 F
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    - B! A1 C! r2 _1 e7 d) O" g8 R
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    1 ~& ]% ?2 R8 s6 t
41.   //默认所有fd没有被打开
    - ]% a3 _6 w" D' _6 y7 D; @$ p
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    8 \) C$ T3 T, L0 R% Z4 j) E& {
44. 
    2 X; @) p% c; o( {/ U( I( M
45.   while(1){
    , y# N  a8 I6 K8 c/ S: a2 a6 Y$ I
46.     //将服务端套接字加入集合中
    : C& e1 r- p1 n$ A, P! ?( U0 e1 o
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    - o, {% ?2 C& w$ \" R, T1 S1 C
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    % e8 z; W: U! ?/ o' N
52.       if(is_connected[fd])
    ) M! l. O) l% o% J- s2 F) |" f
53.         FD_SET(fd,&fds);
    
54. 
    1 ]+ T  p' A4 _
55.     //监视集合中的可读信号，如果某个套接字有信号则继续执行，此时集合中只有存在信号的套接字会被置为1，其他置为0
    
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    
58. 
    2 f) ~2 ]9 S  q! w
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    2 k" c) i9 b: B% j" W& W0 z9 T
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    
65.           is_connected[connfd]=1;                   //对客户端的fd对应下标将其设为活跃状态，方便下次调用
    
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    # j% B/ U$ @+ @! t
67.         }else{                                      //如果套接字是客户端，读取其信息并返回，如果读取不到信息，冻结其套接字
    
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    0 ^, @. _* J5 |5 |
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    1 _: Z' ^, U+ H& S/ i
72.              is_connected[fd]=0;
    
73.              close(fd);
    . m& D! K! |0 W- z% @
74.              printf("close connected\n");
    - D( Q- X3 q9 H9 Q/ I
75.           }
    
76.         }
    9 Y5 \/ |9 S3 ~; K
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    " `3 D3 d5 |$ R  w$ @
80. }

复制代码

+ e0 ]+ f5 n8 C$ r

, e! [9 I4 c; x9 w) N2 ]; H1 x